1 切削液在机械加工中作用与历史

切削液作为机械加工重要的配套材料,主要起冷却、润滑、清洗◢和防锈作用,又称磨削液,切削液的使★用在金属切削加工中占有重要的地位。但它的使用也带来了许多负面影响,研发和推广使用新型冷却技术∴日趋重要。

 切削液在金属切削过程中可以带走大量ζ切削热,降低切削区的温度,起到冷却作用;并渗透到刀具与工件、切屑的接触表面,形成润滑膜,减少摩擦,降低动力消♂耗,起到润滑作用;还能清除粘附在机ζ　床、刀具、夹具上细小切屑或磨粒,避免划伤工件已加工表面和机床导轨,起到清※洗作用;切削液中加入防锈剂,防止机床、刀具和工件受周围介质影响Ψ发生腐蚀,起到防锈作用。

 人类使用切削液的历史可以追溯到远古时代。人们在磨制石器、铁铜器时,知道浇水可以提高效率和质量。19世纪80年代,美国科学家阐述了使用碳酸钠水溶液机理,使切削速↙度提高30%～40%。后来人们尝试用动植物油来作为切削液,能获得良好的【加工表面,但是,动植物油易变质,使用周期短。20世纪初,人们开始研究和使用矿物油〖和动植物油合成的复合油,并应用于重切削、拉削、螺纹「和齿轮加工中,取得了良好的效果。刀具材料(高速钢、硬质合金)的发展又推动了切削液的发展。随着切削速度和切削温度的不断提高,油基切削液的冷却性能已不能完全满㊣　足切削要求,人们又开始重视水冷却的优 点,把油的▆润滑性能与水的冷却性能结合起来,促使了乳化液的应用,发展了合成和半合※成切削液(即乳化液),并分别形成了系列产品。近年来,随着先进制造技术发展和人们环保意识的加强,对切削液提出了新的技╲术要求,人们又致力于研制开发低污染切削液,以减少切削废液对环境的危害。

 2 切削液的选择和使用

目前,切削液仍是金属切削加工主要的冷却方法,合理使用金属切削液是提高加工质量、刀具耐用度和生产效率的有效途径之一。

2.1 切削液的种类

2.1.1 水基切削液

 (1)水溶液 主要成分是水,为◤防止机床和工件生锈,常加入防锈剂,主要起◆冷却作用,用于粗加工和普通磨削加工,常用的有肥皂水和苏打水。

 (2)乳化液 乳化油加95%～98%水稀释而成的一种乳白色切削液,主要起润滑作用。

 (3)合成切削液 主要成分是水,含有少量的防锈剂、表面活性剂等组成,具有良好的冷却、润滑、清洗◆和防锈作用,热稳定性ㄨ好,而且不含对人体有害物质。是卐目前推广使用的高性能环保型切削液。

2.1.2 油基切削液

 (1)切削油以矿物油(机械油、轻柴油、煤油)为主要成分并加入一定添加剂而构成的切削液。加入添加剂可提高Ψ 润滑效果,切削油的润滑、防锈性能好, 但流动性、冷却、清洗作用比较差。

 (2)极压切削油 极压切削液分为极压乳化液和极压切削→油两类。极压添加剂能形成牢固的化学膜,在高温时可显著提高冷▼却和润滑效果。

2.2 切削液的合理选择

切削液种类选择是否合理,是影响机械加工质量主要因素,因此,要合理选择切削液,根据〖刀具材料、工件材料、加工方法和技术要求等确定。

 高速钢刀具耐热性差,需采用切削液。由于粗、精加工钢料的技术要求不同,选择乳化液浓度也不同。硬质合金耐热性々高,具有良好的耐磨性,加工一】般材料采用干切削。但干切削时,工件温升高,切削阻力大,机床功率消耗增大,刀具的磨损也加○快。另外,硬质合金刀具♀价格较贵,从经济方面考虑,干切削也是不合算的。所以,在选用切削液时,还要考虑硬质合金对骤热的敏感性。

陶瓷刀具和金刚石□刀具具有极高的硬度,一般采用干切削。为避免温度过高也常使用水基〗切削液。加工铸铁、铸造黄铜等脆性材料,一般不用切削液。磨削时,切削温度高,碎屑、磨粒多,常用冷却、清洗性能好的乳化液或水溶液。

2.3 切削液的◤使用方法

使用∮切削液时,还要注意使用方法,切削液应浇注在切削变形区,不应浇注在刀具和工具上。为了提高使用效果,常采№用前刀面浇注法、后刀面浇注法、刀具加■压内冷却方法、周环浇注法等。

 3 切削液使用存在的问题

虽然切削液有利于降低切削区温度、延长刀具寿命、防止ㄨ工件热变形、改善已加工表面质▲量,若将未经处理的切削液直接排入江河湖海,就会破坏生态环境。另外,由于切削液的润滑剂中含有大量亚硝胺、多环芳香烃和细菌分解产物,人直接接触将导致多种№皮肤病、眼疾、呼吸系统疾病,直接影响操作者的身体♂健康。

 3.1 制造成本加大

 使用切削液会耗费大量的切削液和电能。日本一年耗费的切削液就达8亿升,使用切削液所耗费的能量大约占整个机械制造厂能◎量的1/10,切削液的费用已▓占零件加工成本14%～17%。美国Baylers刀具涂层公司也作了这方面的统计,结果是切削液的消耗是刀具费用的3～4倍。

3.2 环境污染

切削液受热挥发易形成烟雾并产生异味,特别是极压添加剂所含硫、磷、氯等化学元素¤在切削过程中形成的物质会导致多种疾病。切削液是机械加＠工中造成环境污染的主要↘根源:未处理的乳化液含油量高达20000mg/L,化学耗氧量(COD)高达9300mg/L,生物耗氧量(BOD)达9300mg/L。在我々国仅机械工业废乳化液的日排放〓量据不完全统计已达亿吨,可见其问题的严重性。

3.3 对人体皮肤的刺激

在金属切削过程中,切削液与人体直接接触,对人体皮肤的刺激非◥常严重◥,造成手部皮肤发红、瘙痒、接♀触性皮炎和蜕皮。长期接触含有毒性成分的◢切削液,有毒物质被人体皮肤所吸收,会诱发多种皮肤病,甚至癌症,威胁着工人的身心健康。

 因此,企业应尽可能选用安全环保、无毒和高性能的□切削液,同时,配备相应的劳保用品,以维护职工的身体健康。

4 绿色加工冷却技术应运而生

4.1 干切削(DryMachining)加工技术

环境和资源问题是当今和未来人类社会实现可持←续发展需要解决的问题。近年来,为了贯彻环保政策、降低加工〇成本,世界各国试图♂不用或少用切削液,大力研发及推广应用干切削加工技术。切削力大、切削温度高是干切削的特点,刀具能否克服这些不利影响,是干切削顺利实施的关键所在,选择适合干№切削加工的新型刀具材料。常用的有硬质合金和涂层硬质合金、陶瓷及金属陶瓷、立方氮化硼(CBN)、聚晶金刚石(PCD)等。在干切削过程中◆↓↓,还会出现许多湿切削中没有出现过的问题,机床设▲计也要充分考虑。用于干切削的机床主要考虑切削热↙的散发及热切屑和灰尘的排除,一般应尽可能采用超高速机床,如德国HuelerHille公司生产的500/630T高速加工中心,工件基本保持在室温状态下进行』切削满足加工要求。

4.2 准干切削技术

 目前干切削的应用范围比较有限,而完全的湿切削又有诸多不足,若两者★结合,既可满足加工要求,又可使与切削液有关的费用降▓低,介于干切削与湿切削㊣　之间的这就是准干切削技术。由于它使用的切削液用量为最少,因而切削液供给系统简单、体积小、容易布局。 除上所述的几种环保加工技术外,还有MQL润滑的准干∮切削技术、在氮气氛围中进行干切削(即吹氮加工)、干式静电冷却技术、冷风干切削技术等。

5 结 语

切削液≡的使用与我国制订的环境保护政策之间的矛盾日益突出,使用干切削加工技术和准干切削技术虽然〓存在着一定局限,面临着许多技术难题,仍然是一种极具发展潜力的加工方法。所以,探索和研制新型高效且对环境无污染的加工冷却方法势在必行。